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海水提“鈾”新技術!中國突破國際核電封鎖,還能增強核威懾?

作者:科普啟示錄

對于大多數人來說,“鈾”是一種神秘又恐怖的元素。它是福島核事故的“罪魁禍首”,也是原子彈的原材料。但這種元素,在化石燃料污染日漸嚴重的今天,已經作為核電原料成為了一種全球的戰略資源。

大陸是世界上最大的鈾電在建國,同時卻是一個鈾礦稀缺國,每年的鈾都供不應求,需要大量向國外進口。在交易中,中國很難在資源國面前搶到定價權,十分受制于人。

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但現在一切變得不同了,2021年6月底,大陸公布了一項關于海水提鈾的先進研究成果,這意味着大陸的鈾資源即将突破封鎖,不僅如此,鈾還可以用來作戰略儲備,用于生産核彈。

鈾是什麼?大陸為何稀缺?

鈾是自然界能夠找到的最重的元素,陸地上的鈾通常以礦石的形式存在。含鈾礦石呈現出檸檬黃或綠色的樣子,是以鈾在最早期是一種色素,在攝影中可以給照片着色。

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直到1896年,法國實體學家亨利·貝克勒爾(Henri Becquerel)發現了鈾的放射性,之後人們就轉變了研究方向,這一美麗的“色素”也在發展過程中,逐漸變成了一位殘酷的殺手。美國轟炸廣島所使用的“小男孩”,實質就是一枚鈾-235原子彈。

當然,在相對和平的現代,鈾這種元素主要是被用來發電的,一公斤的鈾最高可産生80萬億焦耳的能量,相當于3000噸燃煤,驚人的效率可以不誇張地說:得鈾者,得核電天下。

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自然界中的鈾初步估計有550萬噸庫存,然而,這些鈾礦的分布非常不平均,多的像哈薩克斯坦這個國家,所擁有的鈾礦幾乎可以占據全球的35%。大陸陸地上的鈾資源雖然也不少,但鈾礦的品位卻不佳,提煉精度低,開采價值小,是以對國外的依存度相當高。

而掌握鈾礦資源的幾個國家,如澳洲、加拿大、哈薩克斯坦都掌握着對鈾礦的大半定價權,大陸鈾礦的供需關系沖突日益上漲,于是,向大海“要”鈾已經成了刻不容緩的事。

海水提鈾,究竟有多難?

海水中的鈾蘊藏量遠遠超過人們的想象,初步估計就有45億噸,是陸地上已探明鈾礦儲量的約2000倍。那為何我們現在才考慮這件事呢?

答案就是:海水中的鈾含量雖然豐富,但濃度實在太低了。

試想一下,全世界浩瀚的海水當中,僅僅蘊含45億噸的鈾,平均每30萬噸海水才能産出1公斤鈾,相當于在西湖當中提取一滴眼淚,技術難度之大,無異于海底撈針!

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日本也是一個缺鈾國,作為一個島嶼,自然是最優先考慮海洋資源的。是以日本也是最早考慮從海水中提取鈾的國家,但他們很快遭遇了現實的毒打。

1980年,日大學學家用離子交換法在海水中首次萃取鈾元素,有限的提取技術,導緻海水中充斥着大量雜質,且含量遠遠高于鈾酰離子,加上海水中還有着複雜的生物系統,導緻提取出來的鈾品質不高。

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而且,這項技術實在是太費錢了,就算剔除雜質,把鈾提純出來,其成本也遠超從其他國家購買鈾礦,是以建起來的海水提取場也不了了之。

但現在,中國不僅趕上來了,甚至還超過去了。2021年6月底,上海高研院公布了一項新技術,這種技術提供了海水提鈾的低成本解決方案。

如果說以前海水提鈾隻是一個理論上的構想,那麼現在就有希望走出實驗室、走向海洋、走進民用設施。

大海撈“鈾”,起始于一次偶然

至于大陸發現這項技術的過程,則是一次靈感的偶然迸發。

2011年,中國科學院開始啟動“TMSR(核裂變能-钍基熔鹽堆核能系統)”計劃,其中有一名叫作姜标的項目組成員,主要負責使用納米技術分離提純锂的同位素。

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這種锂的同位素可以用于核電的冷卻劑,也可以用作核燃料的溶劑,是核電的好幫手。就在這時,姜标突然有了一個想法:既然納米技術可以提取锂,那是不是也能提取與核“形影不離”的鈾呢?

光有想法還不夠,姜标立刻開始着手進行實驗,試圖驗證自己的想法。

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吸附材料

他和他的研究團隊從青海省查爾幹鹽湖采取了少量的水樣本。鹽湖雖然不是海洋,但其中含有的鈾含量也很高,但是其中的高鹽分也會對其形成幹擾。為了豐富采樣面積,姜标團隊在鹽湖投放了10個納米膜元件。

雖然最後這些元件的大半被過高的鹽分損毀,最後隻成功回收了兩個,但這兩個元件都有效吸附到了鹽湖中的鈾,這一下無疑是給了研究人員一劑強心劑,奠定了他們繼續深入研究的信心。

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豐碩的成果

2018年,姜标團隊首次在東海海域開展小規模海水提鈾試驗,一個月内成功吸附并獲得近20克天然鈾;

2019年,姜标團隊又一次完善了鈾吸附、洗脫、活化等等技術,又一次在南海建立了400平方公裡的吸鈾平台,兩年以後,可提取的鈾已從20克提升到了公斤級!

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南海海域公斤級海試試驗平台

研究團隊表示:他們目前已經把海鈾價格壓到了150美元/公斤的成本,而陸地鈾資源提取成本為130美元/公斤,即将對标,勝利已經近在眼前。

姜标表示,如果接下來還能增加納米膜的使用次數,增加單次鈾提取量、減少海洋污染,未來海水提鈾的成本還會繼續下降,甚至有可能低于地面采鈾。或許在未來幾年,大陸鈾的機關可以不再用緊巴巴的“公斤”來形容,而是上“噸”級。

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吸附材料海洋布置和脫附得到的含鈾産物

目前,姜标團隊正與中核集團旗下的核電運作研究公司合作,還在不斷完善海試工程,一步步降低提取成本,他們對項目的推進很有信心。

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而這件事的意義,不僅在于大陸擺脫了鈾礦石的封鎖,還讓我們的人民可能用上更便宜、更清潔的電,讓我們的國家在世界上更有話語權,參與市場競争也變得更有底氣了。

未來,豐富的鈾資源或許還能作為軍用原料,進一步增強大陸展現的核威懾。

這一切,都要歸功于中國科研人員展現出的創新能力、行動能力,在他們的努力下,外國對中國的“卡脖子”政策必定不會長久。

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